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아가로스 겔에 포함된 세포의 농도가 확산 계수에 미치는 영향 측정
Measurement of Diffusion Coefficient in Cell-Laden Agarose Gel with Different Cell Concentrations 원문보기

한국가시화정보학회지= Journal of the Korean society of visualization, v.11 no.1, 2013년, pp.16 - 21  

이병룡 (한국산업기술대학교 대학원 기계공학과) ,  진송완 (한국산업기술대학교 기계공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, diffusion coefficients of 20 kDa FITC-dextran in 2% agarose gel with different cell concentrations were measured using fiberoptic-based fluorescence recovery after photobleaching technique. As increasing cell concentration suspended in agarose gel, the diffusion coefficients were decr...

주제어

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문제 정의

  • 하지만, 현재까지 진행된 많은 확산현상 시뮬레이션 연구에서는 조직 내의 세포개체수의 변화에 따른 확산계수 변화에 대한 정보의 부재로 인하여 대부분 물질의 확산계수는 세포의 개체수 변화에도 불구하고 일정하다고 가정하여서, 정확한 예측결과를 얻어내기 힘든 문제가 있었다. 그러므로 본 연구에서는 조직이 재생됨에 따라 늘어나는 세포 개체수가 조직내의 확산현상에 미치는 영향을 알아보고자 아가로스 겔 내의 세포 개체 수의 변화에 따른 20 kDa FITC-dextran 염료의 확산계수 변화를 광섬유 기반 형광 광표백 기법(Fiberoptic-Based Fluorescence Recovery After Photobleaching: Fiberoptic-based FRAP)을 이용하여 측정하였다. 이러한 연구를 통하여 조직내의 세포 개체수 변화에 따른 확산계수의 변화를 실험적으로 관찰할 수 있었다.
  • 그러므로 본 연구에서는 조직이 재생됨에 따라 늘어나는 세포 개체수가 조직내의 확산현상에 미치는 영향을 알아보고자 아가로스 겔 내의 세포 개체 수의 변화에 따른 20 kDa FITC-dextran 염료의 확산계수 변화를 광섬유 기반 형광 광표백 기법(Fiberoptic-Based Fluorescence Recovery After Photobleaching: Fiberoptic-based FRAP)을 이용하여 측정하였다. 이러한 연구를 통하여 조직내의 세포 개체수 변화에 따른 확산계수의 변화를 실험적으로 관찰할 수 있었다. 또한 이 실험 결과를 통하여 인공지지체 내부의 확산과 물질전달을 이해하는데 도움이 될 것으로 예상된다.
  • 조직공학은 생명과학과 다양한 분야의 공학이 융합된 학문 분야로써 신체 조직이나 장기의 기능을 복원 및 재생시키는 것을 목적으로 한다. 조직공학에서 흔히 사용되는 인공지지체는 손상된 조직 및 기관의 기능을 재생 및 복원하기 위한 조직공학의 핵심요소로써, 조직이 3차원 구조로 성장하는데 있어 세포의 부착, 분화, 성장 및 이동에 필요한 물리적 환경을 제공한다.

가설 설정

  • 모델 2의 경우 조직 부분이 3차원 격자형 인공지지체 내에서 차지하는 비율을 모델 3에 비하여 2배 크게 설정하여 인공지지체 내에서 차지하는 조직의 부피비율이 확산현상에 미치는 영향을 파악 하고자하였다. 전체 모델의 바닥면은 20 kDa FITC-dextran이 0.1 mol/ml로 유지되고 있는 수용액에 노출되어 있다고 가정하였으며 그 외 경계는 모두 대칭 및 벽 조건으로 가정하였다. 각 모델 도메인의 가로 세로 크기는 각각 1.
  • 조직부분의 확산 계수는 앞서 계산된 값인 5.376×10-5mm/s 과 1.169×10-5mm/s로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
조직공학의 목적은? 조직공학은 생명과학과 다양한 분야의 공학이 융합된 학문 분야로써 신체 조직이나 장기의 기능을 복원 및 재생시키는 것을 목적으로 한다. 조직공학에서 흔히 사용되는 인공지지체는 손상된 조직 및 기관의 기능을 재생 및 복원하기 위한 조직공학의 핵심요소로써, 조직이 3차원 구조로 성장하는데 있어 세포의 부착, 분화, 성장 및 이동에 필요한 물리적 환경을 제공한다.
광섬유 기반 형광 광표백 기법을 사용하여 아가로스 겔 내부 세포 농도에 따른 확산변화를 측정한 결과 알 수 있는 것은? 본 연구에서는 광섬유 기반 형광 광표백 기법을 사용하여 아가로스 겔 내부 세포 농도에 따른 확산변화를 측정하였다. 이를 통하여 아가로스 겔 내에서 세포의 개체수가 증가함에 따라 20 kDa FICT- dextran 확산계수가 감소하는 현상을 관찰할 수 있었으며, 이러한 결과는 Magzoub 등(14)의 연구 결과와 유사하다고 판단된다. 실험결과를 시뮬레이션에 이용하여 인공지지체 내의 확산 현상을 모델 별로 비교, 분석한 결과 인공지지체의 구조적 변화보다 확산계수의 변화가 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 이러한 시뮬레이션 결과로부터 향후 인공지지체를 제작할 때 확산현상으로 인하여 발생할 수 있는 문제를 최소화 할 수 있는 형상을 예측하는데 도움이 있을 것으로 판단된다.
조직공학이란? 조직공학은 생명과학과 다양한 분야의 공학이 융합된 학문 분야로써 신체 조직이나 장기의 기능을 복원 및 재생시키는 것을 목적으로 한다. 조직공학에서 흔히 사용되는 인공지지체는 손상된 조직 및 기관의 기능을 재생 및 복원하기 위한 조직공학의 핵심요소로써, 조직이 3차원 구조로 성장하는데 있어 세포의 부착, 분화, 성장 및 이동에 필요한 물리적 환경을 제공한다.
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참고문헌 (17)

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  14. Magzoub, M., Jin. S. and Verkman, A. S., 2007, "Enhanced Macromolecule Diffusion Deep in Tumors after Enzymatic Digestion of Extracellular Matrix Collagen and its Associated Proteoglycan Decorin", FASEB J., Vol. 22, No. 1, pp. 276-284. 

  15. Lee, D. H., Lee, J. H., Park, C. H. and Kim, J. K., 2009, "Development of Image-based Fluorescence Photobleaching Technique for Measuring Macromolecule Diffusion in Biological Porous Medium", J. Korean Soc. Visual., Vol. 7, No. 1, pp. 9-13. 

  16. Wu, P. I., Minisini, S. and Edelman, E. R., 2009, "Intramuscular drug transport under mechanical loading: resonance between tissue and uptake", J. Control Release, Vol. 136 No. 2, pp. 99-109. 

  17. Brown, D. A., MacLellan, W. R., Laks, H., Dunn, J. C., Wu, B. M. and Beygui, R. E., 2007, "Analysis of oxygen transport in a diffusion-limited model of engineered heart tissue", Biotechnol. Bioeng., Vol. 97, No. 4, pp. 962-975. 

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